[理化生]第八单元金属和金属材料.ppt

第八单元金属和金属材料 课题1金属材料 教学目标 1 通过生活中广泛使用金属材料等具体事例 认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系 2 了解常见金属的物理性质 知道物质的性质在很大程度上决定了物质的用途 3 认识在金属中加热熔合某些金属或非金属可以制得合金 知道生铁和钢等重要合金 以及合金比纯金属具有更广泛的用途 课题1金属材料 金属材料 纯金属 合金 青铜器时代的开始 约公元前4000年 我国约公元前2000年开始 铁器时代的开始 约公元前1500年 我国约公元前800年 铝器的使用 19世纪末 人类使用金属制品大致经历了三个时代 铜和铁是人类使用较早的金属 我国劳动人民在商代就制造出精美的青铜器 春秋战国时期就会冶铁和炼钢 铝的利用要比铜和铁晚得多 那仅仅是100多年前的事情 但由于铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能 现在世界上铝的年产量已超过了铜 位于铁之后 居第二位 世界铝的年产量仅次于铁 居第二位 铝有较好的延展性可制成0 01mm的铝箔 用于包装香烟 糖果 铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能 铝及其合金在电线电缆工业 飞机 汽车等制造业有广泛的用途 金属的物理性质 大多数金属为银白色 2 有金属光泽 4 能导电 5 有延展性 铜 紫红色 金 黄色 金属的物理性质 3 能导热 1 常温下为固体 除汞为液体外 6 熔点较高 密度 硬度随金属的不同而不同 优 良 金铅银铜铁锌铝 19 311 310 58 927 867 142 70 大 小 钨铁铜金银铝锡 3410153510831064962660232 高 低 铬铁银铜金铝铅 94 52 5 42 5 32 5 32 2 91 5 大 小 银铜金铝锌铁铅 10099746127177 9 1 为什么菜刀 镰刀 锤子等用铁制而不用铅制 2 银的导电性比铜好 为什么电线一般用铜制而不用银制 铁的硬度大 铅的硬度小 若菜刀镰刀用铅制容易卷刃 而锤子用铅制 很容易变形 银在自然界中含量较少 价格比铜高许多 密度大 不易架设 3 为什么灯里的灯丝用钨制而不用锡制 如果用锡制的话 可能会出现什么情况 钨的熔点高 锡的熔点低 灯丝熔断 4 为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬 如果镀金怎么样 因为铬是硬度最高的金属 镀在铁制品表面既耐磨 美观又防锈 延长使用寿命 镀金会增加成本且不耐用 日久会脱落 铁又会生锈而缩短水龙头的使用寿命 5 以下铁的用途 涉及了那些铁的性质 1 烧菜用的铲子是铁制的 一般都要装上木柄 2 铁块可以制成铁丝或铁片 3 油罐车行驶时罐内石油振荡产生静电 易发生火险 因此 车尾有一条拖地的铁链 铁有良好的导热性 铁具有延展性 铁具有导电性 你知道吗 金属之最 地壳中含量最高的金属元素 铝人体中含量最高的金属元素 钙目前世界年产量最高的金属 铁导电 导热性最好的金属 银硬度最高的金属 铬熔点最高的金属 钨熔点最低的金属 汞密度最大的金属 锇密度最小的金属 锂 就是在金属中加热熔合某些金属或非金属形成的具有金属特征的物质 1 合金 注意 合金中并非都是金属 组成合金的元素中可能有非金属 合金是一种混合物而不是化合物 二 合金 铁合金 因为含碳量不同 生铁和钢的机械性能差别很大 紫红色 灰白色 银白色 黄铜比铜硬 焊锡比锡硬 合金一般比纯组分金属硬度大 黄色 焊锡最先熔化 锡次之 铅最后熔化 合金一般比任一组分金属熔点低 实验 焊锡与锡 铅熔点比较 合金性质 1 硬度大于组成它的金属 2 熔点低于组成它的金属 3 抗腐蚀性能强于组成它的金属 钛合金与人体有很好的 相容性 因此可用来制造人造骨 钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料 它具有很多优良的性能 如熔点高 密度小 可塑性好 易于加工 机械性能好等 尤其是抗腐蚀性能非常好 即使把它们放在海水中数年 取出后仍光亮如新 其抗腐蚀性能远优于不锈钢 因此被广泛用于火箭 导弹 航天飞机 船舶 化工和通讯设备等 钛金属腕表 学完本课题你应该知道1 金属具有很多共同的物理性质 例如 常温下它们都是固体 汞除外 有金属光泽 大多数为电和热的优良导体 有延展性 密度较大 熔点较高 2 物质的性质在很大程度上决定了物质的用途 但这不是唯一的决定因素 在考虑物质的用途时 还需要考虑价格 资源 是否美观 使用是否便利 以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素 3 金属材料包括铁 铝 铜等纯金属和合金 在金属中加热熔合某些金属或非金属而制得的合金 其性能会发生改变 合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高 抗腐蚀性能等也更好 因此 合金具有更广泛的用途 课题2金属的化学性质 教学目标 1 知道镁 铁 铝 铜等常见金属与氧气的反应 2 初步认识常见金属与盐酸 稀硫酸的置换反应 以及与盐溶液的置换反应 3 能用金属活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断 并能利用金属活动性顺序解释一些与日常生活有关的化学问题 你学过哪些金属与O2的反应 Mg Fe 2Cu O2 2CuO 由红色变为黑色 铜在酒精灯上加热 点燃2Mg O2 2MgO 发出耀眼白光 放热 生成白色固体 镁在空气中燃烧 点燃3Fe 2O2 Fe3O4 火星四射 放出大量的热 黑色固体 铁丝在氧气中燃烧 活泼性比较 化学方程式 现象 实验 Mg Cu 1 镁和铝在常温下与氧气反应 为什么铝会具有很好的抗腐蚀性呢 铝在空气中与氧气反应 其表面生成一层致密的氧化铝 Al2O3 薄膜 从而阻止铝进一步被氧化 2 分析 真金不怕火炼 蕴含的化学原理 金即使在高温下也不与氧气反应 生活应用 实验表明 大多数金属都能与氧气反应 但反应的难易和剧烈程度不同 镁 铝在常温下就能与氧气反应 铁 铜在常温下不能与氧气反应 但在高温时能与氧气反应 金即使在高温时不能与氧气反应 活动性 镁 铝 铁 铜 金 一 金属与氧气的反应 结论 1 不同的金属与氧气的反应条件不同 2 与氧气反应条件的不同 说明金属的化学活动性不同 镁 铝比较活泼 铁 铜次之 金最不活泼 1 所有的金属都可以和酸反应吗 2 它们和酸反应的剧烈程度一样吗 讨论 二 金属与酸的反应 倒入稀硫酸 Mg Zn Fe Cu Ag 现象 1 锌 镁 铁放入稀硫酸中有气泡产生 2 铜 银放入稀硫酸中无气泡产生 3 镁与稀硫酸反应最快 其次为锌 铁反应较慢 Mg 2HCl MgCl2 H2 Mg H2SO4 MgSO4 H2 金属活动性由强到弱 活动与探究一 A 金属与稀HCl的反应 其顺序可表示为 Mg Zn Fe H CuAg 稀H2SO4 稀盐酸 结论 根据反应时是否有氢气产生 将金属分为活泼和不活泼金属 单质 化合物 化合物 单质 小结 这种由一种单质与一种化合物反应 生成了另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应 讨论 对于以上的反应 从反应物和生成物的角度分析 这些反应有何特点 将这一类反应与化合反应 分解反应进行比较 Mg 2HCl MgCl2 H2 Zn 2HCl ZnCl2 H2 Fe 2HCl FeCl2 H2 单质 化合物 另一单质 另一化合物置换反应 A BC AC B 镁 锌 铁与酸反应的化学方程式比较 Mg 2HCl MgCl2 H2 Mg H2SO4 MgSO4 H2 Zn 2HCl ZnCl2 H2 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 Fe 2HCl FeCl2 H2 Fe H2SO4 FeSO4 H2 置换反应 单质 化合物 另一化合物 另一单质 现象 回忆 将铁钉投入到硫酸铜溶液中有何现象 铁钉表面会有红色物质析出 若时间足够长 则溶液会从蓝色变为浅绿色 Fe CuSO4 Cu FeSO4 该反应的化学方程式 三 金属与化合物溶液的反应 活动性 Al Cu 活动性 Cu Ag 活动性 Cu Al 活动与探究二 金属与金属化合物溶液的反应 1 以上反应类型都属于反应 2 铝 铜 银三种金属的活动性顺序是 讨论 置换 Al Cu Ag 金属活动性由强到弱 金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au 由强逐渐减弱 常见金属的活动性顺序 1 在金属活动性顺序中 金属的位置越靠前 它的活动性越强 2 在金属活动性顺序中 位于氢前面的金属能置换出盐酸 稀硫酸中的氢3 在金属活动性顺序中 位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来 勤记忆 课题3金属资源的利用和保护 教学目标 1 知道一些常见金属如铁 铝 铜等的矿物 了解从铁矿石中将铁还原出来的方法 2 会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算 3 了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法 4 知道废旧金属对环境的污染 认识回收利用废旧金属等金属资源保护的重要性 人类生活离不开金属 金属元素在自然界中的存在 金属元素在自然界中分布很广 极少数不活泼的金属 如金 银等 有单质形式存在 金属元素在地壳中的含量 资料 赤铁矿 黄铁矿FeS2 菱铁矿FeCO3 铝士矿 黄铜矿 辉铜矿 Fe2O3 矿石 工业上把能用来提炼金属的矿物叫矿石 孔雀石Cu2 OH 2CO3 赤铜矿Cu2O 磁铁矿 主要成分Fe3O4 现象 红色粉末变成黑色 澄清的石灰水变浑浊 点燃尾气有蓝色火焰 一氧化碳还原氧化铁 实验室 相关的化学方程式 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 CO2 Ca OH 2CaCO3 H2O 2CO O22CO2 点燃 高温 用酒精灯点燃尾气的作用是 防止一氧化碳污染空气 一 铁的冶炼 1 原料 黄铁矿FeS2 赤铁矿Fe2O3 菱铁矿FeCO3 磁铁矿Fe3O4 2 原理 在高温下 利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 石灰石 铁矿石焦炭 空气 3 设备 高炉 化学方程式 70 48 27 46 67 72 41 含铁量 一 铁的冶炼 工业上 高炉是个竖直的圆筒形炉子 炉壳用钢板制成 内部用耐火砖作衬里 炼铁的主要原料是铁矿石 焦炭 石灰石和空气 高温下 用还原剂 主要是一氧化碳 从铁矿石里把铁还原出来 工业上 有关杂质问题的计算 例 1000t含氧化铁80 的赤铁矿石 理论上可炼出含铁96 的生铁的质量是多少 解 氧化铁的质量 1000t 80 800t 设 理论上可炼出铁的质量为XFe2O3 3CO 2Fe 3CO21602X56800tX 800tx 560t2 56x 高温 折合为含铁96 的生铁的质量为560t 96 583t 答 1000t可炼出生铁为583t 练习 要炼出含杂质3 的生铁2000吨 需要含四氧化三铁质量分数为90 的磁铁矿石多少 解 铁的质量 2000t 1 3 1940t 设 可炼出四氧化三铁的质量为XFe3O4 4CO 3Fe 4CO2232168X1940t 高温 232xx 2679t1681940t 折合为磁铁矿石的质量为2679t 90 2977t 答 磁铁矿石的质量为2977t 据有关资料报道 现在世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20 40 二 金属资源保护 1 金属的腐蚀和防护 1 铁制品锈蚀条件的探究 现有洁净无锈的铁钉 试管 经煮沸迅速冷却的蒸馏水 植物油 棉花和干燥剂氯化钙 试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件 铁生锈条件的探究 一 在试管1中加入少量的蒸馏水 使铁钉的一半浸没在水中二 在试管2中注入冷却的沸水 使其侵没铁钉 上面加上植物油并塞紧橡皮塞三 在试管3中加入少量干燥剂 生石灰或无水氯化钙 再放一团干棉球 把铁钉放在干棉球上 塞紧橡皮塞 一周后 铁钉浸没一半在水中 铁在空气 水的界面处生锈铁钉完全浸没在水中 上面还加植物油 铁未生锈铁钉放在干燥的空气中 加干燥剂等 铁未生锈 全浸在水中 一半在水中 干燥空气中 铁生锈条件的探究 生锈 不生锈 不生锈 铁既与水接触 又与氧气接触 铁只与水接触 铁只与氧气接触 在水 氧气同时存在的环境中铁能生锈 缓慢氧化 放热 铁 在空气中锈蚀 实际上是铁跟氧气 水等物质相互作用 发生一系列复杂的化学变化 使铁转化为铁的化合物的过程 因此 铁与空气接触 又有水分时 最易生锈 铁锈成分复杂 主要是Fe2O3 XH2O它是一种疏松多孔的物质 铁锈 铁锈这种多孔性的物质 能让水分和空气穿过它的空隙 不断向里层渗透 继续跟铁反应 直至铁被完全锈蚀 怎么防止钢铁生锈呢 在车船的表面喷油漆 在机械表面涂防锈油 在面盆 杯子 等表面烧涂搪瓷 此外 还可以在钢铁表面镀上一层能起保护作用的其他金属 如 在钢铁表面镀锡 镀锌 和镀铬 镀铜 讨论 1 在实际生活和生产中我们应该采取哪些具体方法来防止铁制品生锈呢 防止铁制品生锈的具体方法为 保持铁制品表面干燥和洁净在铁制品表面涂一层保护膜如 刷油漆 涂油 镀上一层耐磨 耐腐蚀的金属铬 高温灼烧金属 进行 烤蓝 处理等制成合金钢 如不锈钢 讨论 2 自行车的构件如支架 链条 钢圈等 分别采取了什么防锈措施